基于Linux操作系统的虚拟软件平台内存管理设计

殷锡亮

（哈尔滨侨航通信设备有限公司，哈尔滨 150028）

现代嵌入式处理器上越来越多的使用Linux操作系统。这不仅由于Linux是免费开源的，并有众多的软件开发者共同开发，它也具有实时性等特点，来满足嵌入式系统开发所需的特性。虽然Linux本身就提供很好的内存使用机制，但是由于通信软件对内存使用有其特殊的方式，长期的直接运行于Linux之上会造成很多的内存碎片，造成无法申请到内存。

本文基于Linux操作系统设计了一种虚拟软件平台，并着重介绍这个虚拟平台提供的内存管理机制。

1 Linux操作系统以及虚拟软件平台

1.1 Linux操作系统

Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

由于Linux具有的众多特性，通信设备中越来越多地采用Linux，代替费用昂贵的Vx Works操作系统。尽管会降低一定程度的实时性，但由于实时业务的逐年下降，取而代之的是非实时的数据业务，系统对于实时性的依赖程度逐渐降低，这也为使用linux提供了可行性。

1.2 虚拟软件平台

通信软件架构一般采用如下图的软件架构模式。

图1

虚拟软件平台位于操作系统与上层软件之间，屏蔽了操作系统的特性，由于其特殊的作用，所以它必须提供诸如TCP/IP通信，进程间通信，进程调度，内存管理，定时器管理，状态机等诸多功能，而最为重要的就是内存管理。

2 内存管理

2.1 内存的分类

系统内存分为堆内存以及栈内存，对于小于2048字节的内存，一般使用的是栈内存，这种大小的数据区一般用来传输信令数据，对于传输更大的数据块，需要申请的是堆内存。

2.2 内存池初始化

根据分析通信系统软件架构，大概需要几种消息类型，它们使用的数据长度大约为128字节，256字节，512字节，1024字节，2 048 字节，4 096字节，8 192字节，16 384字节等。（如图2所示）

图2

在内存池的构建上，我们也根据需求，分别向操作系统申请堆内存以及栈内存。其中小于以及等于2 048字节的，申请栈内存，即静态数据区内存；对于大于2 048字节的，申请堆内存，即动态内存区内存。但是动态内存在内存池初始化后对于操作系统来说，它也变成了静态的内存，因为所有的内存申请操作以及回收操作，都是这一片在初始化即申请到的系统内存上面进行。

2.3 内存分配使用算法

根据业务模块调用传进的数据长度参数，判断数据长度是属于哪一个数据区间，如果小于64字节，即使用64字节内存池，如果数据长度在64与128之间，则使用128字节内存池，以此类推。

申请到内存池的内存块后，内存管理模块，自动把它从就绪队列移到运行队列尾，并根据系统时间戳，申请串号（内存池行号以及列号），申请内存进程ID，对内存块标注（形成一个唯一的标识），直到内存申请进程释放这片内存，内存管理模块根据申请串号在运行队列找到这片内存，并把它内容清空，放回到就绪队列尾。

2.4 并发申请

如果使用内存管理模块的应用进程为多线程处理，就必须在申请内存的操作以及释放内存的操作加入互斥机制，比如线程锁，或者信号的PV操作，等等，用来保护内存管理机制，使其能够串行地对内存池进行操作。

抑或为了增加系统的并发性处理机制，可以在初始化的时候明确应用进程使用几个线程，为每个线程独立配备一个内存池，这样不会出现竞争机制，加快了系统的运行速度。

笔者推荐后一种方法，因为通信软件的系统特性，这种处理方法更有利于系统稳定的运行。

3 结语

内存作为一个系统软件运行依赖最为重要的资源，需要统一地进行分配管理，不能由上层的业务模块自行调用系统A P I，去直接操作系统内存，这样会造成内存碎片的产生，降低系统的可靠性。

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